基本信息
在一个面向对象的系统中,系统的各种功能是由许许多多的不同对象协作完成的。在这种情况下,各个对象内部是如何实现自己的,对系统设计人员来讲就不那么重要了;而各个对象之间的协作关系则成为系统设计的关键。小到不同类之间的通信,大到各模块之间的交互,在系统设计之初都是要着重考虑的,这也是系统设计的主要工作内容。面向接口编程就是指按照这种思想来编程。
1.关于接口的理解。
接口从更深层次的理解,应是定义(规范,约束)与实现(名实分离的原则)的分离。
接口的本身反映了系统设计人员对系统的抽象理解。
接口应有两类:第一类是对一个体的抽象,它可对应为一个抽象体(abstract class);
第二类是对一个体某一方面的抽象,即形成一个抽象面(interface);
一个体有可能有多个抽象面。
抽象体与抽象面是有区别的。
2.设计接口的另一个不可忽视的因素是接口所处的环境(context,environment),系统论的观点:环境是系统要素所处的空间与外部影响因素的总和。任何接口都是在一定的环境中产生的。因此环境的定义及环境的变化对接口的影响是不容忽视的,脱离原先的环境,所有的接口将失去原有的意义。
3.按照组件的开发模型(3C),它们三者相辅相成,各司一面,浑然一体,缺一不可。
面向对象是指,我们考虑问题时,以对象为单位,考虑它的属性及方法
面向过程是指,我们考虑问题时,以一个具体的流程(事务过程)为单位,考虑它的实现
接口设计与非接口设计是针对复用技术而言的,与面向对象(过程)不是一个问题
UML里面所说的interface是协议的另一种说法。并不是指com的interface,CORBA的interface,Java的interface,Delphi的interface,人机界面的interface或NIC的interface。
在具体实现中,是可以把UML的interface实现为语言的interface,分布式对象环境的interface或其它什么interface,但就理解UML的interface而言,指的是系统每部分的实现和实现之间,通过interface所确定的协议来共同工作。
面向interface编程,原意是指面向抽象协议编程,实现者在实现时要严格按协议来办。面向对象编程是指面向抽象和具象。抽象和具象是矛盾的统一体,不可能只有抽象没有具象。一般懂得抽象的人都明白这个道理。 但有的人只知具象却不知抽象为何物。 所以只有interface没有实现,或只有实现而没有interface者是没有用的,反OO的。
所以还是老老实实面向对象编程,面向协议编程,或者什么都不面向,老老实实编程。
但是我很讨厌讨论这样的术语,不如我们谈谈什么叫面向领导的编程?面向用户的编程?领导和用户有时都很BT,我们就面向BT编程?
选择Java接口还是抽象类
很多人有过这样的疑问:为什么有的地方必须使用接口而不是抽象类,而在另一些地方,又必须使用抽象类而不是接口呢?或者说,在考虑Java类的一般化问题时,很多人会在接口和抽象类之间犹豫不决,甚至随便选择一种。
实际上接口和抽象类的选择不是随心所欲的。要理解接口和抽象类的选择原则,有两个概念很重要:对象的行为和对象的实现。如果一个实体可以有多种实现方式,则在设计实体行为的描述方式时,应当达到这样一个目标:在使用实体的时候,无需详细了解实体行为的实现方式。也就是说,要把对象的行为和对象的实现分离开来。既然Java的接口和抽象类都可以定义不提供具体实现的方法,在分离对象的行为和对象的实现时,到底应该使用接口还是使用抽象类呢?
通过抽象类建立行为模型
在接口和抽象类的选择上,必须遵守这样一个原则:行为模型应该总是通过接口而不是抽象类定义。为了说明其原因,下面试着通过抽象类建立行为模型,看看会出现什么问题。
假设要为销售部门设计一个软件,这个软件包含一个“发动机”(Motor)实体。显然无法在发动机对象中详细地描述发动机的方方面面,只能描述某些对当前软件来说重要的特征。至于发动机的哪些特征是重要的,则要与用户(销售部门)交流才能确定。
销售部门的人要求每一个发动机都有一个称为马力的参数。对于他们来说,这是惟一值得关心的参数。基于这一判断,可以把发动机的行为定义为以下行为。
行为1:查询发动机的马力,发动机将返回一个表示马力的整数。
虽然还不清楚发动机如何取得马力这个参数,但可以肯定发动机一定支持这个行为,而且这是所有发动机惟一值得关注的行为特征。这个行为特征既可以用接口定义,也可以用抽象类定义。为了说明用抽象类定义可能出现的问题,下面用抽象类建立发动机的行为模型,并用Java方法描述行为1,代码如下:
代码
public abstract Motor{
abstract public int getHorsepower();
}
在Motor抽象类的基础上构造出多种具体实现,例如A型发动机、B型发动机等,再加上系统的其它部分,最后得到1.0版的软件并交付使用。一段时间过去了,要设计2.0版的软件。在评估2.0版软件需求的过程中,发现一小部分发动机是电池驱动的,而电池需要一定的充电时间。销售部门的人希望能够通过计算机查阅充电时间。根据这一要求定义一个新的行为,如图1所示。
行为2:查询电驱动发动机的充电时间,发动机将返回一个表示充电时间的整数。
用Java方法来描述这个行为,代码如下:
代码
public abstract BatteryPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getTimeToRecharge();
}
在销售部门的软件中,电驱动发动机也以类的形式实现,但这些类从BatteryPoweredMotor而不是Motor派生。这些改动加入到2.0版软件之后,销售部门很满意。随着业务的不断发展,不久之后光驱动的发动机出现了。销售部门要求光驱动发动机需要一定光能才能运转,光能以流明(Lumen)度量。这个信息对客户很重要,因为下雨或多云的天气里,某些光驱动发动机可能无法运转。销售部门要求为软件增加对光驱动发动机的支持,所以要定义一个新的行为。
行为3:查询光驱动发动机能够正常运转所需要的最小流明数,发动机返回一个整数。
再定义一个抽象类并把行为3转换成Java方法,代码如下:
代码
public abstract SolarPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getLumensToOperate();
}
SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor都从Motor抽象类派生。在整个软件中,90%以上的代码以相同的方式对待所有的发动机。偶尔需要检查一下发动机是光驱动还是电驱动,使用instanceof实现,代码如下:
代码
if (instanceof SolarPoweredMotor){...}
if (instanceof BatteryPoweredMotor){...}
无论是哪种发动机,马力这个参数都很重要,所以在所有派生的抽象类(SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor)中,getHorsepower()方法都有效。
其他信息
销售部门又有了一种新的发动机,它是一种既有电驱动又有光驱动的双重驱动发动机。光驱动和电驱动的行为本身没有变化,但新的发动机同时支持两种行为。在考虑如何定义新型的光电驱动发动机时,接口和抽象类的差别开始显示出来了。新的目标是在增加新型发动机的前提下尽量少改动代码。因为与光驱动发动机、电驱动发动机有关的代码已经过全面的测试,不存在已知的Bug。为了增加光电驱动发动机,要定义一个新的SolarBatteryPowered抽象类。如果让SolarBatteryPowered从Motor抽象类派生,SolarBatteryPowered将不支持针对光驱动发动机和电驱动发动机的instanceof操作。也就是说,如果查询一个光电驱动的发动机是光驱动的,还是电驱动的,得到的答案是:都不是。
如果让SolarBatteryPowered从SolarPoweredMotor(或BatteryPoweredMotor)抽象类派生,类似的问题也会出现,SolarBatteryPowered将不支持针对BatteryPoweredMotor(或SolarPoweredMotor)的instanceof操作。从行为上看,光电驱动的发动机必须同时从两个抽象类派生,但Java语言不允许多重继承。之所以会出现这个问题,根本的原因在于使用抽象类不仅意味着定义特定的行为,而且意味着定义实现的模式。也就是说,应该定义一个发动机如何获得行为的模型,而不仅仅是声明发动机具有某一个行为。
通过接口建立行为模型
如果用接口来建立行为模型,就可以避免隐含地规定实现模式。例如,前面的几个行为改用接口定义如下。
行为1:
代码
public interface Motor(){
public int getHorsepower();
}
行为2:
代码
public interface BatteryPoweredMotor extends Motor(){
public int getTimeToRecharge();
}
行为3:
代码
public interface SolarPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getLumensToOperate();
}
光电驱动的发动机可以描述为:
代码
public DualPoweredMotor implements SolarPoweredMotor, BatteryPoweredMotor{}
DualPoweredMotor只继承行为定义,而不是行为的实现模式。
在使用接口的同时仍旧可以使用抽象类,不过这时抽象类的作用是实现行为,而不是定义行为。只要实现行为的类遵从接口定义,即使它改变了父抽象类,也不用改变其它代码与之交互的方式。特别是对于公用的实现代码,抽象类有它的优点。抽象类能够保证实现的层次关系,避免代码重复。然而,即使在使用抽象类的场合,也不要忽视通过接口定义行为模型的原则。从实践的角度来看,如果依赖于抽象类来定义行为,往往导致过于复杂的继承关系,而通过接口定义行为能够更有效地分离行为与实现,为代码的维护和修改带来方便。
Java接口特性学习
在Java中看到接口,第一个想到的可能就是C++中的多重继承和Java中的另外一个关键字abstract。从另外一个角度实现多重继承是接口的功能之一,接口的存在可以使Java中的对象可以向上转型为多个基类型,并且和抽象类一样可以防止他人创建该类的对象,因为接口不允许创建对象。
interface关键字用来声明一个接口,它可以产生一个完全抽象的类,并且不提供任何具体实现。interface的特性整理如下:
1. 接口中的方法可以有参数列表和返回类型,但不能有任何方法体。
2. 接口中可以包含字段,但是会被隐式的声明为static和final。
3. 接口中的字段只是被存储在该接口的静态存储区域内,而不属于该接口。
4. 接口中的方法可以被声明为public或不声明,但结果都会按照public类型处理。
5. 当实现一个接口时,需要将被定义的方法声明为public类型的,否则为默认访问类型,Java编译器不允许这种情况。
6. 如果没有实现接口中所有方法,那么创建的仍然是一个接口。
7. 扩展一个接口来生成新的接口应使用关键字extends,实现一个接口使用implements。
interface在某些地方和abstract有相似的地方,但是采用哪种方式来声明类主要参照以下两点:
1. 如果要创建不带任何方法定义和成员变量的基类,那么就应该选择接口而不是抽象类。
2. 如果知道某个类应该是基类,那么第一个选择的应该是让它成为一个接口,只有在必须要有方法定义和成员变量的时候,才应该选择抽象类。因为抽象类中允许存在一个或多个被具体实现的方法,只要方法没有被全部实现该类就仍是抽象类。
以上就是接口的基本特性和应用的领域,但是接口绝不仅仅如此,在Java语法结构中,接口可以被嵌套,既可以被某个类嵌套,也可以被接口嵌套。这在实际开发中可能应用的不多,但也是它的特性之一。需要注意的是,在实现某个接口时,并不需要实现嵌套在其内部的任何接口,而且,private接口不能在定义它的类之外被实现。
最后更新于 2021年5月6日
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